WebSocket 是一种支持双向通信的网络协议。
双向通信：客户端（比如浏览器）可以向服务端发送消息，服务端也可以主动向客户端发送消息。
这样就实现了客户端和服务端的双向通信，那么上面所说的消息推送就比较容易实现了。
原先的 HTTP1.0/1.1 只能是客户端向服务端发送消息。
协议特点：
- 建立在 TCP 协议之上。
- WebSocket 协议是从 HTTP 协议升级而来。
- 与 HTTP 协议良好兼容新。默认端口是 80 和 443，握手阶段采用 HTTP 协议。
- 数据格式比较轻量，通信效率高，性能开销小。
- 可以发送文本，也可以发送二进制数据。
- 没有同源限制，客户端可以与任意服务端通信。
- 协议标识符是 ws（如果加密，则为 wss），服务器网址就是 URL。
- 可以支持扩展，定了扩展协议。
- 保持连接状态，websocket 是一种有状态的协议，通信就可以省略部分状态信息。
- 实时性更强，因为是双向通信协议，所以服务端可以随时向客户端发送数据。
WebSocket 数据交换
数据帧格式
在 WebSocket 协议中，客户端与服务端数据交换的最小信息单位叫做帧（frame），由 1 个或多个帧按照次序组成一条完整的消息（message）。
数据传输的格式是由 ABNF 来描述的。
WebSocket 数据帧的统一格式如下图：
（https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc6455.html#section-5.2 Base Framing Protocol）
上面图中名词解释：
| 名词 | 说明 | 大小 |
|---|---|---|
| FIN | 如果是 1，表示这是消息（message）的最后一个分片（fragment）；如果是 0，表示不是是消息（message）的最后一个分片（fragment） | 1 个比特 |
| RSV1, RSV2, RSV3 | 一般情况下全为 0。当客户端、服务端协商采用 WebSocket 扩展时，这三个标志位可以非 0，且值的含义由扩展进行定义。如果出现非零的值，且并没有采用 WebSocket 扩展，连接出错 | 各占 1 个比特 |
| opcode | 操作代码，Opcode 的值决定了应该如何解析后续的数据载荷（data payload）。如果操作代码是不认识的，那么接收端应该断开连接（fail the connection） | 4 个比特 |
| mask | 表示是否要对数据载荷进行掩码操作。从客户端向服务端发送数据时，需要对数据进行掩码操作；从服务端向客户端发送数据时，不需要对数据进行掩码操作。 如果服务端接收到的数据没有进行过掩码操作，服务端需要断开连接。 如果 Mask 是 1，那么在 Masking-key 中会定义一个掩码键（masking key），并用这个掩码键来对数据载荷进行反掩码。所有客户端发送到服务端的数据帧，Mask 都是 1。 | 1 个比特 |
| Payload length | 数据载荷的长度，单位是字节。假设数 Payload length === x，如果： x 为 0~126：数据的长度为 x 字节。 x 为 126：后续 2 个字节代表一个 16 位的无符号整数，该无符号整数的值为数据的长度。 x 为 127：后续 8 个字节代表一个 64 位的无符号整数（最高位为 0），该无符号整数的值为数据的长度。 此外，如果 payload length 占用了多个字节的话，payload length 的二进制表达采用网络序（big endian，重要的位在前）。 | 为 7 位，或 7+16 位，或 1+64 位。 |
| Masking-key | 所有从客户端传送到服务端的数据帧，数据载荷都进行了掩码操作，Mask 为 1，且携带了 4 字节的 Masking-key。如果 Mask 为 0，则没有 Masking-key。 备注：载荷数据的长度，不包括 mask key 的长度。 | 0 或 4 字节（32 位 |
| Payload data | 载荷数据：包括了扩展数据、应用数据。其中，扩展数据 x 字节，应用数据 y 字节。The "Payload data" is defined as "Extension data" concatenated with "Application data". 扩展数据：如果没有协商使用扩展的话，扩展数据数据为 0 字节。所有的扩展都必须声明扩展数据的长度，或者可以如何计算出扩展数据的长度。此外，扩展如何使用必须在握手阶段就协商好。如果扩展数据存在，那么载荷数据长度必须将扩展数据的长度包含在内。 应用数据：任意的应用数据，在扩展数据之后（如果存在扩展数据），占据了数据帧剩余的位置。载荷数据长度 减去 扩展数据长度，就得到应用数据的长度。 | (x+y) 字节 |
表中 opcode 操作码：
- %x0：表示一个延续帧（continuation frame）。当 Opcode 为 0 时，表示本次数据传输采用了数据分片，当前收到的数据帧为其中一个数据分片。
- %x1：表示这是一个文本帧（frame），text frame
- %x2：表示这是一个二进制帧（frame），binary frame
- %x3-7：保留的操作代码，用于后续定义的非控制帧。
- %x8：表示连接断开。connection close
- %x9：表示这是一个 ping 操作。a ping
- %xA：表示这是一个 pong 操作。a pong
- %xB-F：保留的操作代码，用于后续定义的控制帧。
数据帧另外一种表达方式
客户端到服务端的掩码算法
https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc6455.html#section-5.3 Client-to-Server Masking
掩码键（Masking-key）是由客户端挑选出来的 32 位的随机数。掩码操作不会影响数据载荷的长度。掩码、反掩码操作都采用如下算法：
举例说明：
算法描述为： original-octet-i 与 masking-key-octet-j 异或后，得到 transformed-octet-i。
数据分片
分片的目的：
- 有了消息分片，发送一个消息的时候，就可以发送未知大小的信息。如果消息不能被分片，那么就不得不缓冲整个消息，以便计算长度。而有了分片就可以选择合适大小缓冲区来缓冲分片。
- 第二个目的是可以使用多路复用。
WebSocket 的每条消息（message）可能被切分为多个数据帧。
当 WebSocket 的接收方接收到一个数据帧时，会根据 FIN 值来判断是否收到消息的最后一个数据帧。
从上图可以看出，FIN = 1 时，表示为消息的最后一个数据帧；FIN = 0 时，则不是消息的最后一个数据帧，接收方还要继续监听接收剩余数据帧。
opcode 表示数据传输的类型，0x01 表示文本类型的数据；0x02 表示二进制类型的数据；0x00 比较特殊，表示延续帧（continuation frame），意思就是完整数据对应的数据帧还没有接收完。
更多分片内容请看这里：https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc6455.html#section-5.4
消息分片example：
五：怎么保持连接
在第二小结中我们介绍了 websocket 的特点，其中有一个是保持连接状态。
websocket 是建立在 tcp 之上，那也就是客户端与服务端的 tcp 通道要保持连接不断开。
怎么保持呢？可以用心跳来实现。
其实 websocket 协议早就想到了，它的帧数据格式中有一个字段 opcode，定义了 2 种类型操作， ping 和 pong，opcode 分别是 0x9、0xA。
说明：对于长时间没有数据往来的连接，如果依旧长时间保持连接的状态，那么就会浪费连接资源。
[完]